Spermatogenez, hücrelerin spermatogonyumdan primer spermatositlere, sonrasında sekonder spermatositlere, ardından spermatidlere ve son olarak sperm ile sonuçlanan dönüşümlerini içerir.
Spermatositler hayvanlarda bulunan erkek üreme hücreleridir ve olgunlaşmamış üreme hücreleri olan spermatogonyumdan türetilirler. Spermatositler testislerde, özellikle de seminifer tübül adı verilen bir yapı içerisinde bulunur. Primer ve sekonder spermatositler olmak üzere iki tip spermatosit vardır. Birincil ve ikincil spermatositler spermatositogenez ile oluşur.
Primer spermatositler diploid (2N) hücrelerdir. Mayoz I'den sonra iki sekonder spermatosit oluşur. İkincil spermatositler, kromozom sayısının yarısını içeren haploid (N) hücrelerdir.
Tüm hayvanlarda, erkekler spermatosit üretir, hatta C. elegans gibi hermafroditler bile erkek veya hermafrodit olarak var olur. Hermafrodit C. elegansta sperm üretimi önce gerçekleşir ve daha sonra spermatheca içinde depolanır. Bir kez yumurta oluştuğunda, kendi kendini dölleyebilir ve 350'ye kadar yavru üretebilir.
Ergenlik döneminde, testis içindeki seminifer tübüllerin duvarları boyunca bulunan spermatogonyum faaliyete geçer ve mitotik olarak bölünmeye başlayarak bir tanesi koyu renkli (Ad) ve diğeri açık renkli (Ap) olmak üzere çekirdek zarına bağlı bir çekirdekçik ile oval bir çekirdek içeren iki tip A hücresi oluşturur. Ad tipi hücreler, seminifer tübüllerin dış bölgesi olan bazal kısımda kalacak olan spermatogonyal hücrelerdir; bu hücreler normalde mitoz geçirmeyen yedek spermatogonyal kök hücrelerdir. Ap tipi hücreler ise aktif olarak bölünen spermatogonyal kök hücrelerdir ve çekirdek zarı ve nükleolus merkezine bağlı yuvarlak çekirdekli ve heterokromatinli B tipi spermatogonyal hücrelere farklılaşmaya başlarlar. B tipi hücreler, adluminal seminifer tübüllerin iç bölgesi olan adluminal kısma göç ederek primer spermatositlere dönüşür. Bu sürecin tamamlanması yaklaşık 16 gün sürer.
Adluminal kısımdaki primer spermatositler mayoz I geçirerek sekonder spermatosit adı verilen iki yavru hücreye bölünür. Bu sürecin tamamlanması 24 gün sürer. İkincil spermatositlerin her biri mayoz II'den sonra iki adet spermatid oluşturur.
Mitotik ve mayotik olarak bölünen spermatositler radyasyona ve kansere karşı hassas olsa da, spermatogonyal kök hücreler hassas değildir. Bu nedenle, spermatogonyal kök hücreler radyoterapi veya kemoterapi sonrasında yeniden spermatogenez sürecini başlatabilir.
İnsanlarda primer spermatositlerin oluşumu, tipik olarak 10-14 yaşları arasında meydana gelen ve erkeklerde cinsel olgunluğun başlangıcını işaret eden ergenlik döneminde başlar. Bu süreç, hipotalamustagonadotropin salgılatıcı hormonun (GnRH) değişken salınımı ile başlatılır ve bu da ön hipofiz bezi tarafından folikül-uyarıcı hormon (FSH) ve luteinleştirici hormon (LH) salgılanmasına yol açar. FSH'nin testislere salınması, mayoz II'den sonra spermatidlerin olgunlaşmasını kolaylaştıran besleyici hücreler olarak görev yapan Sertoli hücrelerinin gelişimini teşvik eder. LH, Leydig hücrelerini testislere ve kan dolaşımına testosteron salgılamaları için uyarır, böylece spermatogenezi ve sekonder cinsiyet özelliklerinin gelişimini tetikler. Bir erkeğin yaşamı boyunca FSH ve LH salgılanması ölene kadar spermatogenezi uyarmaya devam eder. FSH ve LH seviyelerindeki artış erkeklerde spermatogenez oranını etkilemezken, hormon salgılanma miktarı sabit kalsa bile mayotik profaz sırasında üreme hücrelerinin dejenerasyonundaki artış nedeniyle bireyler yaşlandıkça üretim oranı azalır.
Hücre tipi özeti
Aşağıdaki tablo, tipik olarak DNA replikasyonundan ve G1'deki bölünmeden önce tek bir hücre için ploidi, kopya sayısı ve kromozom/kromatid sayısını göstermektedir. Primer spermatositler DNA sentezinden sonra ve bölünmeden önce arrest olurlar.
Spermatositler mayoz bölünmenin profaz aşaması sırasında düzenli olarak çeşitli DNA hasarlarının üstesinden gelir. Bu hasarlar, mayotik rekombinasyonda yer alan Spo11 enzimi ya da oksidatif serbest radikaller nedeniyle DNA'da meydana gelen rastgele kırılmalar sonucu oluşabilir. Bu hasarları onarmak için sırasıyla RAD1 ve γH2AX'ın çift iplik kırıklarını ve kromatini tanıyarak değiştirmede önemli rol oynayan homolog rekombinasyon yolları kullanılır. Mitotik hücrelerin aksine, mayotik hücrelerdeki çift zincir kırılmaları genellikle apoptoza, yani hücre ölümüne yol açmaz. Farelerde, çift iplik kırılmalarının homolog rekombinasyon onarımı spermatogenez süresince gerçekleşir ancak en çok spermatositlerde, özellikle de gen değişiminin baskın onarım türü olduğu mayoz bölünmenin pakiten evresinde belirgindir. Spermatogenezin diğer aşamalarında, karşılıklı değişim tipi onarım daha yaygındır. Özellikle, pakiten spermatositler de dahil olmak üzere fare spermatogenezinin farklı aşamalarındaki mutasyon frekansları somatik hücrelerden 5 ila 10 kat daha düşüktür. Yüksek DNA onarım kapasiteleri nedeniyle, spermatositler olasılıkla bu düşük mutasyon oranlarının sürdürülmesinde ve dolayısıyla erkek germ hattının genetik bütünlüğünün korunmasında merkezi bir rol oynamaktadır.
Erkek üreme hücrelerinin genetik bütünlüğünün korunması, kromozomal yeniden düzenlemelerin oranlarına ve önlenmesine dayanır. Heterozigot yeniden düzenlemelerin sperm üretimini bozabileceği veya durdurabileceği bilinmesine rağmen, bu duruma yol açan moleküler mekanizmalar hala tam olarak anlaşılamamıştır. Bunun muhtemel nedenlerinden biri, spermatositlerde BRCA1, kinaz ATR ve γH2AX varlığını içerebilecek asinaptik bölgelerin kümelenmesiyle ilişkilidir.
Spesifik mutasyonlar
repro4 mutasyonlu spermatositlere kıyasla yabanıl tip spermatosit gelişimi.
İnsanlarda mayoz bölünmenin başlaması, retinoik asit sinyal yolu içinde Uyarılan Retinoik Asit 8 (STRA8) geninin varlığına bağlıdır. STRA8 ifadesi, mayoz bölünmede profaz I'in en erken aşaması olan preleptoten spermatositlerde spermatogonyaya kıyasla daha belirgindir. STRA8 mutant spermatositler mayozu başlatabilmelerine rağmen süreci tamamlayamazlar. Leptoten spermatositlerdeki mutasyonlar erken kromozom yoğunlaşmasına yol açabilir.
repro4 mutant spermatositlerinde, mikrotübülle ilişkili bir protein olan Mtap2'deki mutasyonların mayoz I'in profazı sırasında spermatogenezin ilerlemesini durdurduğu gözlenmiştir. Bu durum, repro4 mutantlarında spermatidlerin varlığında azalmayla ortaya çıkmaktadır.
Spermatositlerin Spo11, DMC1, ATM ve MSH5 genlerinde rekombinant-defektif mutasyonlar meydana gelebilir. Bu mutasyonlar çift iplik kırılmalarının onarımını engelleyerek seminifer epitel döngüsünün IV. aşamasında spermatogenezin durmasına neden olur.
Yıllar boyunca araştırmacılar spermatogenez sürecini incelemiş, üreme ve Sertoli hücreleri gibi iç ya da FSH ve LH gibi dış faktörlere bağlı olarak çeşitli evrelere ayırmışlardır. 1950'lerden 1980'lere kadar, memelilerde hücresel dönüşüm, mitoz ve mayoz da dahil olmak üzere genel spermatogenez sürecinin anlaşılmasında önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Bununla birlikte, 1990'larda ve 2000'lerde, araştırmacılar odaklarını genler, proteinler, sinyal yolları ve ilgili biyokimyasal ve moleküler mekanizmalar yoluyla spermatogenezin düzenlenmesini araştırmaya yöneltmişlerdir. Son yıllarda, erkek kısırlığı daha yaygın hale geldiğinden, çevresel faktörlerin spermatogenez üzerindeki etkisini incelemeye yönelik ilgi artmıştır.
Spermatogenez ile ilgili önemli katkılardan biri memelilerde seminifer epitel döngüsünün keşfedilmesidir. 1952 yılında C.P. Leblound ve Y. Clermont, sıçan seminifer tübülleri üzerinde spermatogoni, spermatosit katmanları ve spermatidleri inceleyen bir araştırma yürütmüştür. Bu çalışma, döngünün farklı aşamalarına ışık tutmuştur. Bir diğer önemli keşif ise 1994 yılında hipotalamik-hipofiz-testis hormon zincirini ve bunun spermatogenezi düzenlemedeki rolünü inceleyen R.M. Sharpe tarafından yapılmıştır.
Ökaryotik hücreler genellikle hayvan gelişiminde çok önemli bir rol oynayan primer siller içerir. Drosophila'da, spermatositlerdeki primer siller farklı özelliklere sahiptir - G2 fazı sırasında bağımsız olarak dört sentriyol tarafından oluşturulurlar ve mikrotübülleri hedef alan ilaçlara karşı hassastırlar. Genellikle, primer siller G0/G1 fazı sırasında bir sentriyolden gelişir ve mikrotübül hedefleyen ilaçlardan etkilenmez.
Bir rabdocoel yassı solucanı olan Mesostoma ehrenbergii, spermatosit oluşumu sırasında erkek mayozuna özgü bir evre sergiler. Anafaz öncesi aşamada, dört univalent kromozom içeren spermatosit hücrelerinde bölünme yarıkları oluşur. Anafaz aşamasının sonunda, bu kromozomlar, mesafe ayrımı olarak adlandırılan bir durum ile fiziksel etkileşim olmaksızın iğ kutupları arasında hareket eder. Bu farklı özellikler, araştırmacıların iğ kutupları tarafından uygulanan kuvveti, bölünme yarığı yönetimini ve mesafe ayrımını incelemelerini sağlar.
123Schöni-Affolter, Dubuis-Grieder, Strauch, Franzisk, Christine, Erik Strauch. "Spermatogenesis". 1 Şubat 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Mart 2014.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
↑Matulis S, Handel MA (August 2006). "Spermatocyte responses in vitro to induced DNA damage". Molecular Reproduction and Development. 73 (8). ss.1061-72. doi:10.1002/mrd.20508. PMID16700071.
↑Ferraro-Gideon J, Hoang C, Forer A (January 2014). "Meiosis-I in Mesostoma ehrenbergii spermatocytes includes distance segregation and inter-polar movements of univalents, and vigorous oscillations of bivalents". Protoplasma. 251 (1). ss.127-43. doi:10.1007/s00709-013-0532-9. PMID23921676.
_Grasshopper_testes_(Spermatogonia).jpg)
.jpg)
